室内环境下无线电波传播的数值仿真研究

摘要

随着城市中移动通信业务的发展,人们在如商务楼、会议厅等场所传送大量语音和数据;加之室内的无线通信系统,如个人移动通信网、宽带无线局域网等,因其能为用户提供比有线网络更为灵活、可移动的服务,且建设与网络维护与管理费用相对较低等优势,正在迅猛发展中,应用市场日益广阔.因此,研究无线电波在室内环境下的传播具有重大的意义.室内传播环境相对于室外更为复杂,外部墙壁的种类、房间的布局、家具的不同、发射机的高度等等都会对信号电平产生影响.关于室内环境的统计模型、数学模型对路径损耗,或室内信道的冲激响应做了一系列研究,但对特定室内环境的应用时,则依赖于大量的测量数据以便给模型确定适宜的参数.时域有限差分方法(FDTD)是通过直接在时域求解麦克斯韦方程来解释反射、绕射和辐射的作用.对一有限区域,环境的复杂性增加并不增加FDTD的计算量,并能同时给出区域内所有点的完整电磁场量数值解.由于FDTD技术现已发展成为一种相当成熟的数值计算方法,随着存储技术的发展与计算机性能的大幅提高,FDTD方法以其运算的准确性,渐渐成为一种很有竞争力的室内信道建模方法.该论文针对室内传播环境的独特性质,采用时域有限差分方法(FDTD),对一特定室内环境进行了三维建模与大量的数值仿真计算,分室内点发射源与室外平面波入射源两种情况,在室内点源情况下,讨论了发射源点位于不同位置、高度时的场分布;房间内家具材料的不同产生的场分布与有无视距路径(LOS)的接收点场强.在室外平面波入射的情况下,讨论了窗口大小等结构性因素对室内场的影响,以及电波不同入射角情况下的场分布.该文工作为室内无线系统的覆盖预测与基站设置等提供了依据.该文的最后,简单探讨了尚待解决的问题.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1研究背景

1.2室内无线传播研究的发展

1.3本文的内容安排

第2章室内无线传播概述

2.1室内无线传播机制

2.2室内无线传播环境

2.3室内无线传播模型

第3章时域有限差分方法理论与应用

3.1建立差分方程

3.2数值稳定性条件

3.3吸收边界条件

3.4入射波的加入

第4章FDTD程序校验

4.1引入开关函数

4.2设置面电流与面磁流源构成单向行波

4.3三维FDTD吸收边界

4.4区域内点源辐射问题的3-D FDTD程序校验

4.5逐步推进入射平面波的3-D FDTD程序校验

第5章室内环境FDTD建模

5.1室内环境建模

5.2室内环境中材料的电磁参数拟定

5.3场分布输出平面与场强输出线

第6章仿真结果及分析

6.1室内点辐射源

6.2从室外入射平面波源

第7章结束语

7.1已完成的工作与特点

7.2尚待进一步研究的内容

参考文献

致 谢

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